綜合樓裝配式集成化設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用

陳長林，張宗軍，丁磊

（安徽海龍建筑工業(yè)有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

本工程建筑高度22.1m，共五層，為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制柱、預(yù)制梁、超寬預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)制掛板、預(yù)制整體內(nèi)隔墻、預(yù)制一體化裝飾樓地面等。

辦公樓外立面采用玻璃幕墻和掛板組合設(shè)計(jì)，配以飄逸的鋼結(jié)構(gòu)雨棚，整個(gè)建筑體現(xiàn)了現(xiàn)代簡(jiǎn)約的風(fēng)格，充分彰顯了裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，被權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證為國內(nèi)領(lǐng)先水平。該工程所用預(yù)制構(gòu)件及建筑部品均在工廠制作完成后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝。主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制構(gòu)件疊合層和框架節(jié)點(diǎn)的后澆混凝土實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體式連接，使結(jié)構(gòu)的整體性能等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性能優(yōu)異。

2 集成設(shè)計(jì)化介紹

對(duì)于裝配式建筑的設(shè)計(jì)而言，由于該類建筑大都由眾多構(gòu)件通過節(jié)點(diǎn)連接而成，故設(shè)計(jì)之初，不僅僅需要考慮整個(gè)建筑的協(xié)調(diào)性，更要考慮每個(gè)構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)性，尤其節(jié)點(diǎn)、機(jī)電之間的空間關(guān)聯(lián)。因此，裝配式建筑急需一種能夠集成各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，避免后期因構(gòu)件的不匹配導(dǎo)致構(gòu)件無法正常安裝的情況[1]。

相比于裝配式建筑的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的施工圖將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等單獨(dú)拆分開來，每個(gè)專業(yè)人員負(fù)責(zé)各自的領(lǐng)域，雖然存在一定的優(yōu)勢(shì)，但是隨著人們對(duì)建筑的要求越來越高，建筑的復(fù)雜程度與日俱增，這個(gè)模式的弊端逐漸顯現(xiàn)，尤其是各個(gè)專業(yè)的協(xié)同，主要存在以下問題：

①精通多專業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師很少；

②兩個(gè)專業(yè)交流還停留在語言交流階段，很多問題無法描述清楚；

③機(jī)電的預(yù)埋件較多，全部都能考慮到并對(duì)每一張圖紙進(jìn)行修改，需要大量的勞動(dòng)力；

④某些機(jī)電的預(yù)埋件過大或者過深時(shí)，會(huì)碰到結(jié)構(gòu)鋼筋，更改結(jié)構(gòu)或者機(jī)電成為問題；

如何避免不同專業(yè)各預(yù)埋件或者構(gòu)件之間的沖突成為亟待解決的問題[2]。

圖1 構(gòu)件鋼筋繪制、機(jī)電開孔及拼裝

本工程采用集成化設(shè)計(jì)，運(yùn)用協(xié)同平臺(tái)，由各專業(yè)人員在該平臺(tái)上共同繪制，同時(shí)進(jìn)行，各個(gè)專業(yè)人員在繪制的同時(shí)又能看到其余專業(yè)的繪制進(jìn)度，尤其是結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間鋼筋的連接位置問題、結(jié)構(gòu)和機(jī)電之間的協(xié)同問題[3]；如圖1所示，在單個(gè)構(gòu)件中繪制鋼筋和機(jī)電開孔位置，然后進(jìn)行核對(duì)，檢查結(jié)構(gòu)機(jī)電碰撞問題，之后將各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝，核對(duì)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)間鋼筋排布問題，最大程度的解決了設(shè)計(jì)的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，提升了設(shè)計(jì)的效率[3]。

本工程運(yùn)用集成化設(shè)計(jì)，配合綠色環(huán)保理念，研發(fā)纖維清水混凝土掛板、混凝土畫裝飾掛板和硅膠模裝飾掛板，利用固廢材料作為建筑外圍護(hù)的裝飾，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、裝飾美觀的效果。改進(jìn)GRC模殼結(jié)構(gòu)柱生產(chǎn)工藝，解決生產(chǎn)過程占地面積大的問題，減少模板損耗和現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件裝飾一體化，避免裝修二次進(jìn)場(chǎng)，有利于推進(jìn)建筑全裝修。如圖2、圖3所示。

圖2 混凝土畫裝飾掛板立面效果

圖3 裝飾一體化GRC模殼結(jié)構(gòu)柱中庭效果

3 構(gòu)件庫的建立

由于裝配式建筑由各個(gè)構(gòu)件通過節(jié)點(diǎn)連接及與生俱來標(biāo)準(zhǔn)化的因素，所以建立健全一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件庫就顯得尤為重要。如圖4所示，該辦公樓中多數(shù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)用到了構(gòu)件庫中原有的構(gòu)件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改深化即可使用，對(duì)于該辦公樓中的特殊構(gòu)件需要重新繪制，可放置于構(gòu)件庫中，予以備用。在此種模式下，隨著構(gòu)件庫的不斷豐富，設(shè)計(jì)人員得到解放，極大的提升了設(shè)計(jì)效率[4]。

圖4 構(gòu)件庫

4 辦公樓集成設(shè)計(jì)的運(yùn)用案例

如圖5、圖6所示，利用revit軟件，構(gòu)建協(xié)同平臺(tái)，在整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行建筑物復(fù)雜管線的繪制，其中管線的排布走向、預(yù)留孔洞、架設(shè)高度等都需要結(jié)構(gòu)的配合，裝配式建筑的特性決定了其在施工過程中是無法改變這些構(gòu)件原有的尺寸和管線原有位置，尤其孔洞的位置等，須在構(gòu)件設(shè)計(jì)之初進(jìn)行各專業(yè)的協(xié)同作業(yè)，達(dá)到最終的集成設(shè)計(jì)，做到各專業(yè)在分工明確的同時(shí)又能相互協(xié)調(diào)，此時(shí)，設(shè)計(jì)的集成化優(yōu)勢(shì)就顯示出來了。

相比于傳統(tǒng)的圖紙繪制，將各專業(yè)的順序繪制改為同步進(jìn)行，達(dá)到信息的實(shí)時(shí)共享，從以往的將二維圖紙翻模成三維模型的工作方式改為直接利用三維模型繪圖，最終導(dǎo)出二維圖紙指導(dǎo)生產(chǎn)施工[5]。

圖5 辦公樓結(jié)構(gòu)模型

圖6 辦公樓機(jī)電模型

5 辦公樓的集成管理

辦公樓項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)，以工程三維模型為載體，打造基于BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目管控系統(tǒng)，解決從立項(xiàng)到竣工交付全過程項(xiàng)目管理。參建各部門（設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、設(shè)備供應(yīng)商）工作通過BIM協(xié)同平臺(tái)連接起來，形成一個(gè)互相連接、互動(dòng)的信息系統(tǒng)。在BIM平臺(tái)上進(jìn)行合同、進(jìn)度、質(zhì)量、安全的管理。并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成虛實(shí)結(jié)合的項(xiàng)目管控系統(tǒng)。建立以可視化模型為載體，以過程控制原始資料為基礎(chǔ)的文檔控制管理體系，并移交于項(xiàng)目業(yè)主和公司內(nèi)部檔案管理，解決了裝配式建筑管理混亂、信息處理不及時(shí)等問題。這種方式改變?cè)械墓芾砝砟睢⒐芾矸绞?，推?dòng)了建筑企業(yè)資源整合及優(yōu)化，提高了企業(yè)的整體效益及綜合競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展[6]。

圖7 BIM協(xié)同管理

裝配式建筑集成化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①解決各專業(yè)之間、本專業(yè)之間各構(gòu)件碰撞問題；

②為各專業(yè)提供一個(gè)可協(xié)同合作的平臺(tái)；

③降低圖紙的錯(cuò)誤率；

④圖紙完成即可進(jìn)行建筑的預(yù)拼裝，不僅能檢查錯(cuò)誤，更可以進(jìn)行建筑物的渲染、漫游、動(dòng)畫等制作；

⑤從根本上改變目前市場(chǎng)上BIM反推應(yīng)用，轉(zhuǎn)化為正向使用BIM技術(shù)；

6 總結(jié)

隨著現(xiàn)代人對(duì)環(huán)保、節(jié)能、舒適等要求的不斷提升，現(xiàn)代建筑也越來越集成化、復(fù)雜化。設(shè)計(jì)的思路也多元化，故需要集成化設(shè)計(jì)手段來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的效果，但是集成化設(shè)計(jì)管理的發(fā)展目前也存在一些不足之處：

①集成設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)目前并未統(tǒng)一，各參建單位對(duì)設(shè)計(jì)圖紙要求的深度與廣度存在差別；

②各地方標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致最后集成設(shè)計(jì)的成果不能共用；

③設(shè)計(jì)作為裝配式建筑全生命周期其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，遠(yuǎn)不能決定整棟建筑建造，應(yīng)以集成設(shè)計(jì)為中心，開展裝配式建筑全生命周期的集成化；

④由于工程的復(fù)雜性，BIM的集成管理軟件的發(fā)展滯后性，不能清晰的反饋出每一個(gè)細(xì)節(jié)，還需要進(jìn)一步發(fā)展。